專利名稱：一種漿料的制備方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種固體粉末的漿料的制備方法，這種漿料可以應用于化工、材料、油墨、陶瓷、涂料、紡織、化妝品、膠粘劑、器件組裝、固體多孔薄膜制備及其應用等諸多領域。
背景技術：
從1991年，瑞士聯邦工學院的Gratzel Michael教授及其合作者發明了一種新型的太陽能電池——染料敏化太陽能電池(自然，353卷，737頁，1991年(Nature，Vol.353，737，1991))以來，這種電池就因其制備工藝簡單、費用低、效率高而受到世界各國科學家的關注。這種電池由三部分組成吸附了一層染料的二氧化鈦光電陽極、對電極和這兩個電極之間的電解質。光分解水的研究最先要追溯到1972年日本東京大學的A.Fujishima教授及其合作者發明的用二氧化鈦電極為主要部件的光分解水裝置(自然，238卷，37頁，1972年(Nature，Vol.238，37，1972))。這種技術為人類利用氫氣這種清潔能源提供了一條簡單易行的途徑。另外，利用二氧化鈦的光催化性能來降解污水中的污染物(化學評論，93卷，341頁，1993年(Chemical Review，Vol.93，341，1993))也引起了科學界的廣泛興趣。這些領域有一個共同的特點，那就是它們的核心部分都是二氧化鈦膜，而且要求二氧化鈦膜有很大的表面積(這可以通過減小二氧化鈦粒子的粒徑和增加膜表面的孔洞來實現)。因此，能否制備出性能優良的多孔二氧化鈦膜就成了應用上述裝置的關鍵。而要制備性能優良的多孔二氧化鈦膜就必須有合適的二氧化鈦漿料。
現在已經有一些文獻或專利闡述了如何制備二氧化鈦漿料。美國化學會志(115卷，6382頁，1993年(Journal of American Chemical Society，Vol.115，6382，1993))所述的二氧化鈦漿料，用其制得的膜孔徑不夠大，而且膜與襯底結合不牢固。申請號為01128206.1的中國專利中所述的二氧化鈦漿料主要用于涂料、油墨、陶瓷、紡織、化妝品和膠粘劑等領域，不適合于制備多孔二氧化鈦膜。而且申請號為01128206.1的中國專利中所制備的二氧化鈦漿料會引入無機雜質，不適合于制備光電轉化器件。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠制備固體薄膜、用途廣泛的固體粉末的漿料的制備方法。
本發明所要解決的另一個技術問題是，所得漿料可以應用于油墨、陶瓷、涂料、紡織、化妝品和膠粘劑等諸多領域，也可用于制備固體薄膜。其制得的寬禁帶半導體薄膜可以廣泛應用于染料敏化太陽能電池、光分解水裝置、降解污水中的污染物等領域。
本發明的漿料的制備方法，是將漿料粘度調節劑、漿料分散劑、表面活性劑溶解在溶劑中，形成液體混合物，然后將此液體混合物與固體粉末混合均勻，從而制備出該固體粉末的漿料。
本發明的漿料的制備方法中，用于制備固體薄膜的漿料的液體混合物中同時添加造孔物質，然后再與固體粉末混合均勻，制得該固體粉末的漿料。
本發明的漿料的粘度調節劑和分散劑為淀粉及其鹽或衍生物、纖維素及其鹽或衍生物、聚醇類中的一種或它們任意組成的混合物。溶劑為水、醇類、萜類化合物、聚醇類中的一種或它們任意組成的混合物。其中，纖維素及其鹽或衍生物為甲基纖維素、乙基纖維素、纖維素醋酸酯和羧甲基纖維素鈉等及其它們的鹽或衍生物中的一種或它們任意組成的混合物；聚醇類為聚乙二醇、聚丙二醇、聚丙三醇等中的一種或它們任意組成的混合物，其可以選取不同的平均分子量，聚醇類同時作為制備多孔的固體薄膜時的造孔物質；醇類為甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇、叔丁醇、正戊醇、異戊醇、正己醇、正庚醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、苯甲醇、烯丙醇等中的一種或它們任意組成的混合物；萜類化合物為松油醇、薄荷醇、薄荷酮、茨烷、茨醇、冰片、異冰片等中的一種或它們任意組成的混合物。
本發明的漿料的表面活性劑為TritonX 100、TritonX 405、TritonX 114、TritonCF 10、TritonDF 20、Triton 15-S-7、Triton 15-S-9等中的一種或它們任意組成的混合物。表面活性劑用于改善漿料的流動性，同時也用于增加多孔固體薄膜中的孔率和調節孔的分布。
本發明的固體粉末為二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、氧化鋯、氧化硅、氧化鈮、碳酸鈣、硫酸鋇、碳化硅、三氧化鎢、三氧化二鐵、硫化鎘、硒化鎘、磷化鎵、砷化鎵、銀粉、金粉、鋁粉、鉑粉、錫粉等粉末狀固體的一種或它們的任意組合物。固體粉末中，粒子的粒徑在1毫米以下，其在漿料中的含量為5-85(質量％)。
粉碎固體粉末以及混合固體粉末和液體混合物的裝置包括高速分散機、球磨機、沙磨機、珠磨機、研磨機。
本發明中的漿料由于能調節其中固體粉末的含量，可以控制漿料的粘度，能夠保持漿料的長期穩定，因此可以滿足油墨、陶瓷、涂料、紡織、化妝品和膠粘劑等領域的不同需求。
本發明中的漿料還可以用于制備多孔的固體薄膜。將此漿料用一些常見的成膜辦法涂覆在各種襯底上，在經過高溫處理，即可得到表面積大、表面平整、孔洞分布均勻、與襯底結合牢固的固體薄膜。根據涂覆方法和涂覆次數的不同可以得到不同厚度的固體薄膜。
用二氧化鈦漿料等寬禁帶半導體的漿料制得的薄膜可以用于染料敏化太陽能電池、光分解水裝置、降解污水中的污染物等許多方面。
在同等條件下測試，本明中的二氧化鈦等寬禁帶半導體的漿料應用于染料敏化太陽能電池時，其開路電壓、短路電流和光電轉化效率都明顯高于用美國化學會志(115卷，6382頁，1993年(Journal of American ChemicalSociety，Vol.115，6382，1993))的漿料和薄膜制備方法所得的染料敏化太陽能電池。
圖1是用本發明中的漿料制得的二氧化鈦薄膜的掃描電子顯微鏡的照片；圖2是用不同的二氧化鈦膜組裝的染料敏化太陽能電池的電流-電壓對比圖；B曲線對應于用本發明中的漿料制備方法制備的二氧化鈦膜；H曲線對應于用美國化學會志(115卷，6382頁，1993年(Journal ofAmerican Chemical Society，Vol.115，6382，1993))所述的方法制備的二氧化鈦膜，圖中每條曲線都是實驗過程中有正負掃描，所以可看到正掃描和負掃描不完全重合。
具體實施例方式
實施例1稱取0.2000克乙基纖維素，使其溶于15毫升異丙醇，再加入5.0000克聚乙二醇600。將以上液體混合物與6.0000克德國德固薩(Degussa)公司的P25二氧化鈦粉末混合，再用球磨機混勻，制成二氧化鈦漿料。
實施例2稱取0.2000克乙基纖維素，使其溶于8毫升松油醇和9毫升異丙醇的混合液中，再加入4.5000克聚乙二醇600和0.5毫升Triton100。將以上液體混合物與6.0000克德國德固薩(Degussa)公司的P25二氧化鈦粉末混合，再用球磨機混勻，制成二氧化鈦漿料。
實施例3稱取0.15000克乙基纖維素，使其溶于8毫升松油醇和12毫升異丙醇的混合液中，再加入5.500克聚乙二醇600和0.6毫升Triton100。將以上液體混合物與6.0000克德國德固薩(Degussa)公司的P25二氧化鈦粉末粉末混合，再用球磨機混勻，制成二氧化鈦漿料。
實施例4稱取1.0000克乙基纖維素，使其溶于7毫升松油醇中，再加入9.2000克聚乙二醇800和1.2毫升Triton100。將以上液體混合物與6.0000克德國德固薩(Degussa)公司的P25二氧化鈦粉末混合，再用球磨機混勻，制成二氧化鈦漿料。
實施例5稱取1.2500克乙基纖維素，使其溶于7毫升松油醇中，再加入8.0000克聚乙二醇1500和1.2毫升Triton100。將以上液體混合物與6.0000克德國德固薩(Degussa)公司的P25二氧化鈦粉末混合，再用球磨機混勻，制成二氧化鈦漿料。
實施例6稱取2.0000克乙基纖維素，使其溶于5毫升松油醇和15毫升異丙醇的混合液中，再加入5.9000克聚乙二醇2000和1.5毫升Triton100。將以上液體混合物與6.0000克德國德固薩(Degussa)公司的P25二氧化鈦粉末混合，再用球磨機混勻，制成二氧化鈦漿料。
實施例7稱取1.2500克乙基纖維素，使其溶于4毫升松油醇和12毫升異丙醇的混合液中，再加入7.2000克聚乙二醇600和1.2毫升Triton100。將以上液體混合物與6.0000克德國德固薩(Degussa)公司的P25二氧化鈦粉末及3.0000克淀粉混合，再用球磨機混勻，制成二氧化鈦漿料。
實施例8稱取1.2500克乙基纖維素，使其溶于4毫升松油醇和15毫升異丙醇的混合液中，再加入7.2000克聚乙二醇600和1.2毫升Triton100。將以上液體混合物與6.0000克德國德固薩(Degussa)公司的P25二氧化鈦粉末及4.5000克淀粉混合，再用球磨機混勻，制成二氧化鈦漿料。
實施例9稱取1.5000克聚乙二醇20000，使其溶于10毫升水中，再加入羧甲基纖維素鈉2.100克。將以上液體混合物與6.0000克德國德固薩(Degussa)公司的P25二氧化鈦粉末混合，再用球磨機混勻，制成二氧化鈦漿料。
實施例10稱取3.9000克聚乙二醇20000，使其溶于12毫升水中，再加入羧甲基纖維素鈉4.3000克。將以上液體混合物與6.0000克德國德固薩(Degussa)公司的P25二氧化鈦粉末混合，再用球磨機混勻，制成二氧化鈦漿料。
實施例11圖1是用實施例2所制得的二氧化鈦漿料制備的二氧化鈦薄膜的掃描電子顯微鏡的照片。從圖中可以看出，用這種漿料制備的薄膜，表面平整，薄膜孔洞多，且分布均勻，這有利于染料敏化太陽能電池中電解質的填充。而且薄膜的表面積大，益于染料分子的吸附。另外，二氧化鈦薄膜與襯底(一般為玻璃)結合牢固。而美國化學會志(115卷，6382頁，1993年)所述的二氧化鈦薄膜很容易剝落。
實施例12圖2是用不同的二氧化鈦膜組裝的染料敏化太陽能電池的電流-電壓對比圖。B曲線是使用實施例2所制得的二氧化鈦漿料制備的二氧化鈦薄膜應用在染料敏化太陽能電池中時，電池的電流-電壓曲線；H曲線是使用美國化學會志(115卷，6382頁，1993年)中所述的漿料制得的二氧化鈦薄膜應用在染料敏化太陽能電池中時，電池的電流-電壓曲線。可以看出B曲線所對應的短路電流和開路電壓都比H曲線中的高(以絕對值為準)。通過計算可以知道，B曲線的電池的光電轉換效率為5.39％，而H曲線的電池光電轉換效率為3.75％。這說明同等條件下用本發明中的漿料所制的二氧化鈦薄膜的性能優于美國化學會志(115卷，6382頁，1993年)所述的薄膜。
權利要求
1.一種漿料的制備方法，是將漿料粘度調節劑、漿料分散劑、表面活性劑溶解在溶劑中，形成液體混合物，然后將此液體混合物與固體粉末混合均勻，從而制備出該固體粉末的漿料。
2.按照權利要求1所述的漿料的制備方法，其特征在于在用于制備固體薄膜的漿料的液體混合物中同時添加造孔物質。
3.按照權利要求1所述的漿料的制備方法，其特征在于所述的漿料的粘度調節劑和漿料的分散劑包括淀粉及其鹽或衍生物、纖維素及其鹽或衍生物、聚醇類中的一種或它們任意組成的混合物。
4.按照權利要求1所述的漿料的制備方法，其特征在于所述的溶劑為水、醇類、聚醇類、萜類化合物中的一種或它們任意組成的混合物。
5.按照權利要求4所述的漿料的制備方法，其特征在于所述溶劑中的醇類為甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇、叔丁醇、正戊醇、異戊醇、正己醇、正庚醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、苯甲醇、烯丙醇等中的一種或它們任意組成的混合物。
6.按照權利要求3或4所述的漿料的制備方法，其特征在于所述聚醇類為聚乙二醇、聚丙二醇、聚丙三醇等中的一種或它們任意組成的混合物。
7.按照權利要求3或4所述的漿料的制備方法，其特征在于所述的聚醇類可以選取不同的平均分子量。
8.按照權利要求4所述的漿料的制備方法，其特征在于所述的萜類化合物為松油醇、薄荷醇、薄荷酮、茨烷、茨醇、茨酮、冰片、異冰片等中的一種或它們任意組成的混合物。
9.按照權利要求3所述的漿料的制備方法，其特征在于纖維素及其鹽或衍生物為甲基纖維素、乙基纖維素、纖維素醋酸酯和羧甲基纖維素鈉等及其它們的鹽或衍生物中的一種或它們任意組成的混合物。
10.按照權利要求1或3或4所述的漿料的制備方法，其特征在于所述的聚醇類同時作為制備多孔的固體薄膜的造孔物質。
11.按照權利要求1所述的漿料的制備方法，其特征在于所述的表面活性劑為TritonX 100、TritonX 405、TritonX 114、TritonCF 10、TritonDF 20、Triton 15-S-7、Triton 15-S-9等中的一種或它們任意組成的混合物。
12.按照權利要求1所述的漿料的制備方法，其特征在于所述的表面活性劑用于改善漿料的流動性，同時也用于增加多孔固體薄膜中的孔率。
13.按照權利要求1所述的漿料的制備方法，其特征在于所述的固體粉末為二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、氧化鋯、氧化硅、氧化鈮、碳酸鈣、硫酸鋇、碳化硅、三氧化鎢、三氧化二鐵、硫化鎘、硒化鎘、磷化鎵、砷化鎵、銀粉、金粉、鋁粉、鉑粉、錫粉等固體粉末中的一種或它們任意組成的混合物。
14.按照權利要求1所述的漿料的制備方法，其特征在于所述的固體粉末在漿料中的含量為5-85(質量％)。
15.按照權利要求1或12所述的漿料的制備方法，其特征在于所述的固體粉末中，粒子的粒徑在1毫米以下。
16.按照權利要求1所述的漿料的制備方法，其特征在于粉碎固體粉末以及混合固體粉末和液體混合物的裝置包括高速分散機、球磨機、沙磨機、珠磨機、研磨機。
17.一種權利要求1或2所述的漿料的應用，其特征是所述的漿料可用于制備多孔的固體薄膜，同時也可以應用于油墨、陶瓷、涂料、紡織、化妝品和膠粘劑等領域。
18.按照權利要求17所述的漿料的應用，其特征在于用二氧化鈦等寬禁帶半導體的漿料所制得的薄膜可以用于染料敏化太陽能電池、光分解水裝置、降解污水中的污染物等方面。
全文摘要
本發明涉及一種漿料的制備方法，即將漿料粘度調節劑、漿料分散劑、表面活性劑溶解在溶劑中，形成液體混合物，然后將此液體混合物與固體粉末混合均勻，從而制備出該固體粉末的漿料。該漿料是一種單分散性和穩定性都很好的分散體系，可用于制備多孔的固體薄膜，所制的膜具有表面積大、表面平整、孔洞分布均勻、與襯底結合牢固等特點；該漿料也可以應用于油墨、陶瓷、涂料、紡織、化妝品和膠粘劑等領域；同時用寬禁帶半導體粉末的漿料制得的薄膜可以用于染料敏化太陽能電池、光分解水裝置、降解污水中的污染物等方面。
文檔編號C01G23/047GK1616142SQ200310113250
公開日2005年5月18日 申請日期2003年11月11日 優先權日2003年11月11日
發明者薛勃飛, 孟慶波, 王紅霞, 薛其坤, 陳立泉 申請人:中國科學院物理研究所